生死單元焊接分析實例
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題目：在兩個物體之間焊接一圈焊縫，分析冷卻后的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力！模型見apdl（為了計算速度我簡化了）
solution1：熱結(jié)構(gòu)耦合分析可以采用直接方法，即選用耦合單元solid5，它同時包括了溫度和位移自由度，同時附加了電磁特性，這里我們不關(guān)注。我們采用瞬態(tài)分析的方法，一開始把焊接單元全部殺死，這里的殺死意味著單元的剛度等屬性被賦予一個小量（默認的是1e-6）。然后隨著焊接過程依次激活單元，加載溫度，認為焊料溫度為1500度，也是其材料的參考溫度。焊完一圈后冷卻降溫！但遺憾的是這樣的分析是基于線彈性理論的，solid5單元中無法進行塑性分析。
以下是直接法的apdl程序：
/title,Weld Analysis by "Element Birth and Death"
/FILNAME,welding_direct,1
/prep7
et,1,5
! 1號材料是鋼
! 2號材料是焊料MG-51T
！假設(shè)他們的剛度隨溫度是變化的。
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,500
MPTEMP,3,1000
MPTEMP,4,1500
MPDATA,EX,1,,2E+005
MPDATA,EX,1,,1.5e5
MPDATA,EX,1,,7e4
MPDATA,EX,1,,1e4
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,EX,2,,2E+005
MPDATA,EX,2,,1.5e5
MPDATA,EX,2,,7e4
MPDATA,EX,2,,1e4
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
! 材料密度(假設(shè)為常值)
mp,dens,1,8e-3
mp,dens,2,8e-3
! 熱膨脹系數(shù)(假設(shè)為常值)
mp,alpx,1,1.2e-5
mp,alpx,2,1.2e-5
! 熱傳導系數(shù)(假設(shè)為常值)
mp,kxx,1,0.03
mp,kxx,2,0.03
! 比熱(假設(shè)為常值)
mp,c,1,0.6
mp,c,2,0.6
! 由于該5號單元還有磁自由度, 此處假設(shè)一磁特性, 但并不影響我們所關(guān)心的結(jié)果
mp,murx,1,1e-10
mp,murx,2,1e-10
mp,rsvx,1,1e-10
mp,rsvx,2,1e-10
! 假設(shè)焊料焊上去后的初始溫度是1500℃
mp,reft,1,25
mp,reft,2,1500
! 下面建立幾何模型
csys,0
k,1,7,0,0
k,2,7,0,4
k,3,56,0,4
k,4,56,0,11
k,5,60,0,11
k,6,60,0,8
k,7,60,0,0
k,8,63,0,8
k,9,63,0,11
k,12,62,0,8
k,13,62,0,-12
k,14,60,0,-12
k,10,0,0,0
k,11,0,0,1
a,1,2,3,4,5,6,7
a,5,6,8,9
a,7,6,12,13,14
ET,2,SHELL63
! 劃分單元
esize,2
type,2
mat,1
amesh,1,3,2
mat,2
amesh,2
TYPE, 1
EXTOPT,ESIZE,25,0,
EXTOPT,ACLEAR,1
EXTOPT,ATTR,1,1,1
vrotat,all,,,,,,10,11,,2
cswpla,11,1
aclear,all
etdel,2
asel,s,,,18,33,15
da,all,ux,0
da,all,uy,0
da,all,uz,0
/solu
antype,4 ! 瞬態(tài)分析
trnopt,full
OUTRES,ALL,1
!
! 假設(shè)模型表面施加對流，冷卻時也是！
allsel
sfa,all,1,conv,1.1e-5,25
! 由于第2，5體是焊料所在區(qū)域，因此，首先將該區(qū)域的單元"死"掉
vsel,s,,,2,5,3
eslv
*get,wnum,elem,,count
*dim,eorder,,wnum
*dim,ne,,wnum
*dim,ney,,wnum
*get,emax,elem,,num,max
*get,emin,elem,,num,min
mine=0
! 下面的DO循環(huán)用于將焊料區(qū)的單元按柱坐標csys11y方向排序，以便后面
! 模擬焊料逐步"生長"的過程
ii=0
*do,i,emin,emax
*if,esel(i),eq,1,then
ii=ii+1
ne(ii)=i
*endif
*enddo
*do,i,1,wnum
*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y
*enddo
*do,i1,1,wnum
miny=1000
*do,i,1,wnum
*if,ney(i),lt,miny,then
miny=ney(i)
mine=ne(i)
j=i
*else
*if,ney(i),eq,miny,then
miny=ney(i)
mine=ne(i)
j=i
*endif
*endif
*enddo
eorder(i1)=mine
ney(j)=1001
*enddo
max_tem=1500 ! 按照前面假設(shè)，焊料的初始溫度為1500℃
dt=1! 焊接8個單元所需的時間
t=0 ! 起始時間
ekill,all !將焊接單元先殺死
esel,s,live
ic,all,temp,25
timint,0,struct
timint,1,therm
timint,0,mag
tintp,0.005,,,1,0.5,0.2
allsel
save,welding_direct,db
nsubst,1
*do,i,1,wnum,8
ddele,all,temp ！刪除上一步的溫度載荷
！一次激活8個單元，作為焊料出生。
ealive,eorder(i)
ealive,eorder(i+1)
ealive,eorder(i+2)
ealive,eorder(i+3)
ealive,eorder(i+4)
ealive,eorder(i+5)
ealive,eorder(i+6)
ealive,eorder(i+7)
*do,j,1,8 ！此步單元的溫度加載，在每個出生單元的8個節(jié)點上施加溫度
d,nelem(eorder(i),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+1),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+2),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+3),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+4),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+5),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+6),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+7),j),temp,max_tem
*enddo
t=t+dt
time,t
nsubst,1
solve
*enddo
!冷卻過程分析
time,500
ddele,all,temp
nsubst,5
solve
time,5000
nsubst,2
solve
finish
變形和溫度的動畫
由于直接用耦合單元無法進行塑性分析，這里考慮第二種間接耦合的方法。
solution2
先對模型進行熱瞬態(tài)分析，采用solid90單元，算完熱分析后，用etchg轉(zhuǎn)換90單元到186
殺死焊接單元，因為在焊接加溫過程中焊料可認為是流體不提供剛度！
然后在加載焊接完（25步）后的溫度場.
LDREAD,TEMP,25,1,, ,'welding_indirect','rth',
time,1
solve
在冷卻過程中激活焊接單元，然后加載（26步）的冷卻后溫度場
ealive,all
LDREAD,TEMP,26,1,, ,'welding_indirect','rth',
time,2
solve
一開始我是打算在workbench中做的，因為在workbench中處理模型有著優(yōu)越性。但是workbench中是無法定義兩個物體不同的參考溫度。比如，焊料的參考溫度是1500，而結(jié)構(gòu)的參考溫度是25。參考溫度可以這樣理解：結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)溫度場加載后節(jié)點上的溫度減去參考溫度就得到一個溫差，這個溫差根據(jù)熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。在workbench中只有一個唯一的環(huán)境溫度設(shè)置（這樣莫非就不能做焊接模擬了？），至少目前我不知道在workbench中怎么做。
但是我簡化了問題，做了一個類似的塑性分析。把參考溫度都設(shè)為1500，然后讓焊料部分溫度保持25度，其余結(jié)構(gòu)保持1500（純粹為了和環(huán)境溫度一致，不是實際溫度！）
需要說明的一點是，10.0版本中可以 直接把結(jié)構(gòu)載荷和溫度載荷同時加在模型上，還用選用塑性非線性計算，我不知道workbench10.0里是怎么直接求解的? 如果是直接用耦合單元是不行的，因為據(jù)我了解，ansys經(jīng)典中的solid5耦合單元是無法做塑性計算的。難道是他內(nèi)部進行的間接耦合計算？從workbench11.0看，它取消了直接耦合的方式，采用間接耦合的方法，就是把熱分析結(jié)果的溫度場加載到模型上進行2次計算！
solution1：熱結(jié)構(gòu)耦合分析可以采用直接方法，即選用耦合單元solid5，它同時包括了溫度和位移自由度，同時附加了電磁特性，這里我們不關(guān)注。我們采用瞬態(tài)分析的方法，一開始把焊接單元全部殺死，這里的殺死意味著單元的剛度等屬性被賦予一個小量（默認的是1e-6）。然后隨著焊接過程依次激活單元，加載溫度，認為焊料溫度為1500度，也是其材料的參考溫度。焊完一圈后冷卻降溫！但遺憾的是這樣的分析是基于線彈性理論的，solid5單元中無法進行塑性分析。
以下是直接法的apdl程序：
/title,Weld Analysis by "Element Birth and Death"
/FILNAME,welding_direct,1
/prep7
et,1,5
! 1號材料是鋼
! 2號材料是焊料MG-51T
！假設(shè)他們的剛度隨溫度是變化的。
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,500
MPTEMP,3,1000
MPTEMP,4,1500
MPDATA,EX,1,,2E+005
MPDATA,EX,1,,1.5e5
MPDATA,EX,1,,7e4
MPDATA,EX,1,,1e4
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,EX,2,,2E+005
MPDATA,EX,2,,1.5e5
MPDATA,EX,2,,7e4
MPDATA,EX,2,,1e4
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
! 材料密度(假設(shè)為常值)
mp,dens,1,8e-3
mp,dens,2,8e-3
! 熱膨脹系數(shù)(假設(shè)為常值)
mp,alpx,1,1.2e-5
mp,alpx,2,1.2e-5
! 熱傳導系數(shù)(假設(shè)為常值)
mp,kxx,1,0.03
mp,kxx,2,0.03
! 比熱(假設(shè)為常值)
mp,c,1,0.6
mp,c,2,0.6
! 由于該5號單元還有磁自由度, 此處假設(shè)一磁特性, 但并不影響我們所關(guān)心的結(jié)果
mp,murx,1,1e-10
mp,murx,2,1e-10
mp,rsvx,1,1e-10
mp,rsvx,2,1e-10
! 假設(shè)焊料焊上去后的初始溫度是1500℃
mp,reft,1,25
mp,reft,2,1500
! 下面建立幾何模型
csys,0
k,1,7,0,0
k,2,7,0,4
k,3,56,0,4
k,4,56,0,11
k,5,60,0,11
k,6,60,0,8
k,7,60,0,0
k,8,63,0,8
k,9,63,0,11
k,12,62,0,8
k,13,62,0,-12
k,14,60,0,-12
k,10,0,0,0
k,11,0,0,1
a,1,2,3,4,5,6,7
a,5,6,8,9
a,7,6,12,13,14
ET,2,SHELL63
! 劃分單元
esize,2
type,2
mat,1
amesh,1,3,2
mat,2
amesh,2
TYPE, 1
EXTOPT,ESIZE,25,0,
EXTOPT,ACLEAR,1
EXTOPT,ATTR,1,1,1
vrotat,all,,,,,,10,11,,2
cswpla,11,1
aclear,all
etdel,2
asel,s,,,18,33,15
da,all,ux,0
da,all,uy,0
da,all,uz,0
/solu
antype,4 ! 瞬態(tài)分析
trnopt,full
OUTRES,ALL,1
!
! 假設(shè)模型表面施加對流，冷卻時也是！
allsel
sfa,all,1,conv,1.1e-5,25
! 由于第2，5體是焊料所在區(qū)域，因此，首先將該區(qū)域的單元"死"掉
vsel,s,,,2,5,3
eslv
*get,wnum,elem,,count
*dim,eorder,,wnum
*dim,ne,,wnum
*dim,ney,,wnum
*get,emax,elem,,num,max
*get,emin,elem,,num,min
mine=0
! 下面的DO循環(huán)用于將焊料區(qū)的單元按柱坐標csys11y方向排序，以便后面
! 模擬焊料逐步"生長"的過程
ii=0
*do,i,emin,emax
*if,esel(i),eq,1,then
ii=ii+1
ne(ii)=i
*endif
*enddo
*do,i,1,wnum
*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y
*enddo
*do,i1,1,wnum
miny=1000
*do,i,1,wnum
*if,ney(i),lt,miny,then
miny=ney(i)
mine=ne(i)
j=i
*else
*if,ney(i),eq,miny,then
miny=ney(i)
mine=ne(i)
j=i
*endif
*endif
*enddo
eorder(i1)=mine
ney(j)=1001
*enddo
max_tem=1500 ! 按照前面假設(shè)，焊料的初始溫度為1500℃
dt=1! 焊接8個單元所需的時間
t=0 ! 起始時間
ekill,all !將焊接單元先殺死
esel,s,live
ic,all,temp,25
timint,0,struct
timint,1,therm
timint,0,mag
tintp,0.005,,,1,0.5,0.2
allsel
save,welding_direct,db
nsubst,1
*do,i,1,wnum,8
ddele,all,temp ！刪除上一步的溫度載荷
！一次激活8個單元，作為焊料出生。
ealive,eorder(i)
ealive,eorder(i+1)
ealive,eorder(i+2)
ealive,eorder(i+3)
ealive,eorder(i+4)
ealive,eorder(i+5)
ealive,eorder(i+6)
ealive,eorder(i+7)
*do,j,1,8 ！此步單元的溫度加載，在每個出生單元的8個節(jié)點上施加溫度
d,nelem(eorder(i),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+1),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+2),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+3),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+4),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+5),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+6),j),temp,max_tem
d,nelem(eorder(i+7),j),temp,max_tem
*enddo
t=t+dt
time,t
nsubst,1
solve
*enddo
!冷卻過程分析
time,500
ddele,all,temp
nsubst,5
solve
time,5000
nsubst,2
solve
finish
welding_direct000.jpg
solution2
先對模型進行熱瞬態(tài)分析，采用solid90單元，算完熱分析后，用etchg轉(zhuǎn)換90單元到186
殺死焊接單元，因為在焊接加溫過程中焊料可認為是流體不提供剛度！
然后在加載焊接完（25步）后的溫度場.
LDREAD,TEMP,25,1,, ,'welding_indirect','rth',
time,1
solve
在冷卻過程中激活焊接單元，然后加載（26步）的冷卻后溫度場
ealive,all
LDREAD,TEMP,26,1,, ,'welding_indirect','rth',
time,2
solve
一開始我是打算在workbench中做的，因為在workbench中處理模型有著優(yōu)越性。但是workbench中是無法定義兩個物體不同的參考溫度。比如，焊料的參考溫度是1500，而結(jié)構(gòu)的參考溫度是25。參考溫度可以這樣理解：結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)溫度場加載后節(jié)點上的溫度減去參考溫度就得到一個溫差，這個溫差根據(jù)熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。在workbench中只有一個唯一的環(huán)境溫度設(shè)置（這樣莫非就不能做焊接模擬了？），至少目前我不知道在workbench中怎么做。
但是我簡化了問題，做了一個類似的塑性分析。把參考溫度都設(shè)為1500，然后讓焊料部分溫度保持25度，其余結(jié)構(gòu)保持1500（純粹為了和環(huán)境溫度一致，不是實際溫度！）
需要說明的一點是，10.0版本中可以 直接把結(jié)構(gòu)載荷和溫度載荷同時加在模型上，還用選用塑性非線性計算，我不知道workbench10.0里是怎么直接求解的? 如果是直接用耦合單元是不行的，因為據(jù)我了解，ansys經(jīng)典中的solid5耦合單元是無法做塑性計算的。難道是他內(nèi)部進行的間接耦合計算？從workbench11.0看，它取消了直接耦合的方式，采用間接耦合的方法，就是把熱分析結(jié)果的溫度場加載到模型上進行2次計算！
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